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Como sondas voltam para a Terra se não há oxigênio no espaço para se lançarem?

Por , em 11.03.2015

A maioria dos motores que usamos hoje são alimentados por combustão interna. Essa combustão requere tanto combustível quanto ar. No entanto, a mistura de gasolina e oxigênio não é a única maneira de gerar a energia necessária para impulsionar um motor.

No motor típico de um carro movido a gasolina, a energia é produzida nos cilindros, cada um dos quais possui um pistão que se move para baixo para puxar ar e gasolina. À medida que sua válvula de admissão fecha, o pistão move-se para trás e para cima, comprimindo a mistura e aumentando a sua temperatura. Dessa forma, a gasolina é inflamada, e o calor e energia liberados nessa “explosão” impulsionam o pistão para baixo novamente.

Este processo funciona tão bem que foi replicado centenas de milhões de vezes em todo tipo de coisas, de motosserras a caminhonetes.

No entanto, este método de produzir energia depende de oxigênio presente na atmosfera, para combinar com o carbono na gasolina. No espaço, não há oxigênio.

Os foguetes

Como os foguetes fazem para se mover, então?

Eles não dependem da admissão de coisas como ar e gasolina, mas sim da expulsão de coisas, seja um gás, líquido, sólido ou simplesmente energia radiante, através de uma pequena abertura (bico). No entanto, os foguetes ainda precisam de um combustível e de um oxidante, portanto, têm que carregar ambos consigo o tempo todo.

É claro que seria impraticável (se não impossível) transportar oxigênio gasoso suficiente até o espaço para alimentar um foguete. Para contornar este problema, alternativas têm sido desenvolvidas, principalmente nas formas de propelentes sólidos e líquidos.

Os propelentes

Propelentes sólidos vêm em dois tipos principais – homogêneos ou compostos. Em ambos os casos, o combustível e o oxidante são armazenados em conjunto, e a energia é produzida quando os dois são inflamados.

Nos propelentes sólidos homogêneos, tanto o oxidante quanto o combustível existem em conjunto como um único composto, instável, como a nitrocelulose. Por outro lado, em propelentes sólidos compostos, o combustível e o oxidante são materiais distintos, que foram combinados em uma mistura em pó ou cristalina, normalmente constituída por nitrato ou clorato de amônio ou clorato de potássio (como oxidante) e tipos de hidrocarboneto sólido (como combustível).

Quanto aos líquidos, existem três tipos principais: à base de petróleo, criogênico e hipergólico. Todos os métodos armazenam seus oxidantes e combustíveis separadamente até que o impulso seja necessário. Quando foguetes alimentados com um combustível líquido são disparados, um pouco de cada (combustível e oxidante) é introduzido numa câmara de combustão onde se combinam e explodem, produzindo a energia necessária.

Propelentes líquidos e as missões em que estiveram presentes

Propelentes líquidos à base de petróleo, como o nome indica, misturam um produto do petróleo (como querosene) com oxigênio líquido que, sendo altamente concentrado, torna-se um propulsor eficiente e poderoso. Por isso, este método foi utilizado em muitos foguetes, incluindo algumas fases dos foguetes Saturn I, IB e V, bem como do Soyuz.

O propulsor líquido criogênico usa gases liquefeitos. Um método comum mistura hidrogênio liquefeito (o combustível) com oxigênio liquefeito (o oxidante). Altamente eficientes, mas difíceis de armazenar por muito tempo por causa da necessidade de manter as substâncias em temperaturas muito frias (o hidrogênio permanece líquido a -252° C, o oxigênio a -182° C), propulsores criogênicos foram utilizados apenas em aplicações limitadas, embora tenham sido o método de propulsão dos ônibus espaciais da NASA (Space Shuttles).

Em ambos os propulsores à base de petróleo e criogênico, algum tipo de ignição é necessária, através de meios elétricos, pirotécnicos ou químicos. No caso do propelente líquido hipergólico, nenhuma ignição é necessária.

Combustíveis hipergólicos comuns incluem diferentes formas de hidrazina, enquanto tetróxido de azoto é muitas vezes usado como oxidante. Líquidos até à temperatura ambiente, propulsores hipergólicos são fáceis de armazenar e, juntamente com a sua combustibilidade espontânea, tornam-se altamente desejáveis para várias aplicações. Mesmo que os materiais envolvidos sejam altamente tóxicos e corrosivos, combustíveis hipergólicos têm sido frequentemente utilizados, inclusive no sistema de manobra orbital dos ônibus espaciais e no módulo lunar das missões Apollo.

Propelente líquido hipergólico na lua

O módulo lunar da missão Apollo usava o combustível Aerozine 50, desenvolvido por uma equipe de pesquisa, e tetróxido de nitrogênio como oxidante. Hipergólicos, os materiais que forneciam o impulso para ativar o módulo na superfície lunar eram tão corrosivos que queimavam o motor cada vez que eram acionados (exigindo que ele fosse reconstruído).

Como resultado, nenhum dos motores Apollo foram testados antes da decolagem dos astronautas para à lua. [Gizmodo]

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